Bài giảng Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 6.4: AS-Interface

Bài giảng Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 6.4: AS-Interface. Những nội dung chính trong chương này gồm có: Giới thiệu chung, kiến trúc giao thức, cấu trúc mạng và cáp truyền, cơ chế giao tiếp, cấu trúc bức điện, mã hóa bit, bảo toàn dữ liệu.

Hệ thống

thông tin công nghiệp

6.4 AS-Interface

6.4 AS-Interface

1 Giới thiệu chung

2 Kiến trúc giao thức

3 Cấu trúc mạng và cáp truyền

4 Cơ chế giao tiếp

5 Cấu trúc bức ₫iện

6 Mã hóa bit

7 Bảo toàn dữ liệu

1 Giới thiệu chung

ƒ Kết quả phát triển hợp tác của 11 hãng sản xuất

các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành của

châu Âu (Siemens, Schneider Electric, Moeller,

Festo, Bürkert, Pepperl & Fuchs )

ƒ Chuyên dùng cho ghép nối bộ ₫iều khiển trực tiếp

với các thiết bị logic (rơ-le ₫óng cắt, van on/off,

cảm biến chuyển mạch bằng một ₫ường cáp duy nhất

ƒ Hiệp hội ASI International Association hỗ trợ phát

triển và ứng dụng

Yêu cầu & ₫ặc ₫iểm chung

ƒ Yêu cầu lưu lượng dữ liệu thấp, tính thời gian thực

ngặt nghèo

ƒ Đơn giản, tiện dụng, giá cả hợp lý

ƒ Khả năng ₫ồng tải nguồn cho toàn bộ các cảm biến

và một phần lớn các cơ cấu chấp hành

không ₫òi hỏi cao về chất lượng ₫ường truyền

ƒ Cấu trúc mạng tương ₫ối linh hoạt: ₫ường thẳng,

cây, hình sao

PS

C¶m biÕn/c¬ cÊu chÊp hμnh C¶m biÕn/c¬ cÊu chÊp hμnh C¶m biÕn/c¬ cÊu chÊp hμnh

Vμo/ ra ph©n t¸n

CPU

PS PS CPU

diÖn AS-i

a) Nèi ®iÓm-®iÓm cæ ®iÓn b) Bus tr−êng víi vμo/ra

ph©n t¸n

c) AS-Interface

ƒ Thực tế của phương pháp nối dây truyền

thống: 36% mọi sự cố nhà máy, máy móc là

do lỗi lắp ₫ặt, ₫i dây (số liệu 1997, TU

München)

ƒ ASI giúp tiết kiệm tới 25% chi phí cáp truyền

và 30% chi phí tổng thể

2 Kiến trúc giao thức

ƒ Đặc ₫iểm hạn chế ở việc trao ₫ổi dữ liệu thuần

túy và lượng dữ liệu trao ₫ổi rất nhỏ

ƒ Toàn bộ việc xử lý giao thức ₫ược gói gọn chỉ

trong lớp 1 (lớp vật lý) theo mô hình OSI

hợp với ₫ường truyền 2 dây ₫ồng tải nguồn và

không dựa vào chuẩn truyền dẫn RS-485 thông dụng ở các hệ thống bus khác

ƒ Chức năng ₫iều khiển truy nhập bus và bảo toàn

dữ liệu cũng ₫ược thực hiện ở lớp 1

thuần túy ₫ể

3 Cấu trúc mạng & cáp truyền

ƒ Cấu trúc ₫ường thẳng, cây, hình sao

ƒ Không yêu cầu trở ₫ầu cuối

ƒ Chiều dài tổng cộng của cáp truyền cho phép tối

₫a là 100 mét

ƒ Số trạm tớ tối ₫a trong một mạng là 31, tương

ứng với tối ₫a 124 thiết bị (mỗi trạm tớ ghép nối

₫ược tối ₫a 4 thiết bị)

ƒ Version 2: Tối ₫a 64 trạm/mạng

ƒ Tốc ₫ộ truyền 167 kbit/s, tương ₫ương với thời

gian bit là 6 μs

AS-i Master (PC, PLC, CNC, )

Bé nèi tÝch cùc

Nguån

DC

Bé chia

C¶m biÕn/c¬ cÊu chÊp hμnh lμ AS-i Slave

AS-i Slave

C¶m biÕn/c¬ cÊu chÊp hμnh th«ng th−êng

4 Cơ chế giao tiếp

ƒ Chủ-tớ, phương pháp hỏi ₫áp tuần tự (polling), tuần hoàn

ƒ Chủ yếu là dữ liệu logic (tối ₫a 4 bit dữ liệu vào/ra

trong một bức ₫iện)

lớn hơn 5 ms (với 31 trạm tớ)

ƒ Version 2.0: Cho phép truyền dữ liệu tương tự (7 chu

kỳ bus x 5 = 35 giây)

không gây ảnh hưởng ₫áng kể tới thời gian chu kỳ bus (9 loại thông báo có hai loại phục vụ truyền dữ liệu và tham số, hai loại dùng ₫ể ₫ặt ₫ịa chỉ trạm tớ, năm loại

₫ược sử dụng ₫ể nhận dạng và xác ₫ịnh trạng thái các trạm tớ)

5 Cấu trúc bức ₫iện

6 Mã hóa bit

ƒ APM (Alternate Pulse Modulation): kết hợp giữa

AFP và mã Manchester

0 0 1 0

0 0 1 0

D·y bit göi ®i

M· Manchester

Dßng ph¸t

60mA

TÝn hiÖu ®iÖn ¸p trªn

®−êng truyÒn

Xung ©m ®−îc ph¸t hiÖn

Xung d−¬ng

®−îc ph¸t hiÖn

D·y bit ®−îc t¸i t¹o

+2V

-2V

Bªn göi

Bªn nhËn

7 Bảo toàn dữ liệu

ƒ Lớp 1 chịu trách nhiệm hoàn toàn trong việc kiểm

tra lỗi, dựa vào bit chẵn/lẻ kết hợp với phương

pháp mã hóa bit hợp lý

ƒ Trong một chu kỳ bit (6 μs) tín hiệu trên ₫ường

truyền ₫ược bộ thu lấy mẫu 16 lần => Nhận biết dạng tín hiệu theo mã APM

ƒ Mỗi bức ₫iện ₫ều có chiều dài cố ₫ịnh, có bit ₫ầu,

bit cuối, ngăn cách bằng một thời gian nghỉ

ƒ Kiểm tra bằng một bit chẵn lẻ.

ƒ Tỉ lệ lỗi còn lại rất thấp Ví dụ, tỉ lệ bit lỗi là

0.0012 (tức khoảng 200 lỗi/s) thì TMTBF các bức

₫iện trạm chủ lớn hơn 10 năm

ƒ Ví dụ với 31 trạm tớ, trong trường hợp truyền

không có lỗi thì trong một chu kỳ bus có 33 bức

₫iện kể cả 2 bức ₫iện thông báo tham số ₫ược trao

₫ổi

Thời gian chu kỳ bus sẽ là:

33 x 25 bit x 6μs/bit = 4.95 ms

ƒ Nếu xuất hiện trung bình một bức ₫iện bị lỗi và

phải gửi lại trong mỗi chu kỳ (khoảng 200 lỗi trong một giây), chu kỳ bit sẽ kéo dài:

34 x 25 bit x 6μs/bit = 5.1 ms

ƒ Trong trường hợp mười bức ₫iện bị lỗi phải gửi lại

trong một chu kỳ, thời gian chu kỳ bus sẽ là:

43 x 25 bit x 6μs/bit = 6.45 ms